任碧能，吳 嘉，劉 學(xué)

（1.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010；2.成都云幽科技有限公司，成都 610000）

城市軌道交通（簡稱：城軌）工程項目的設(shè)計由線路設(shè)計開始，并貫穿整個建設(shè)過程。城軌設(shè)計一般是總體設(shè)計單位和各分段設(shè)計單位配合完成，總體設(shè)計單位與各分段設(shè)計單位之間，以及同一單位各專業(yè)均需線路平面、縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)的支持。由于設(shè)計專業(yè)之間接口多、流程長和設(shè)計過程中版本更替頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)各專業(yè)的圖紙中與線路相關(guān)的數(shù)據(jù)、線路專業(yè)的平面、縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)不一致的情況，在會簽時需要花費大量時間精力復(fù)核待會簽的圖紙，從而直接影響整個工程項目的質(zhì)量和進度。因此，設(shè)計單位迫切需要一種利用自動化手段，在人工復(fù)核之前，盡可能多地自動發(fā)現(xiàn)圖紙中錯誤，減輕人工復(fù)核工作量。

因為城軌線路是機車車輛和列車運行的基礎(chǔ)，其設(shè)計成果關(guān)系到項目整體。為此，科研和工程人員在線路計算機輔助設(shè)計方面進行了頗有成效的研究，如任碧能[1]實現(xiàn)的地鐵線路數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)，具有數(shù)字地面建模、平面和縱斷面線形設(shè)計、平縱智能聯(lián)動等設(shè)計功能；孔德立[2]介紹的新建鐵路線路設(shè)計平臺具有線路平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計、曲線要素計算、線路出圖等輔助功能；王亞楠等人[3]開發(fā)了基于自動計算機輔助設(shè)計（AutoCAD，Autodesk Computer Aided Design）的結(jié)構(gòu)數(shù)字化審核軟件，通過讀取基礎(chǔ)信息，對配筋、截面進行規(guī)范化比對審核，生成了審核表，減少審圖工作量；金澤宇[4]基于C#開發(fā)了城市軌道交通線路輔助設(shè)計軟件，能輔助完成線路的設(shè)計和修改工作；劉江濤等人[5-6]基于Node.js 和MongoDB 實現(xiàn)的鐵路選線案例系統(tǒng)具有選線案例上傳、管理、查詢和可視化分析展示等功能；胡建平等人[7]開發(fā)的鐵路線路防護柵欄設(shè)計軟件，基于線路和地形數(shù)據(jù)實現(xiàn)了防護柵欄縱斷面的自動設(shè)計；任碧能[8]基于Skyline 軟件開發(fā)的地鐵線路設(shè)計展示系統(tǒng)，實現(xiàn)了地鐵線路和沿線站位的直觀展示。綜上所述，目前，在城軌線路圖紙數(shù)字化方面的研究工作主要集中在計算機智能輔助線路設(shè)計方面，而針對跨專業(yè)的線路設(shè)計成果的自動化復(fù)核方面的研究還滯后于實際需求。為此，本文結(jié)合Node.js 和AutoCAD 二次開發(fā)技術(shù)，研發(fā)了基于B/S 的城軌線路圖紙會簽支持系統(tǒng)（簡稱：會簽支持系統(tǒng)）。

1 主要需求和總體框架

1.1 需求分析

（1）項目建立和打開。支持新建會簽項目、打開會簽項目和刪除會簽項目等操作。

（2）數(shù)據(jù)管理。對會簽過程中的線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、車站區(qū)間接口表等導(dǎo)入數(shù)據(jù)和文件分目錄管理。

（3）會簽手冊生成。能根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成會簽手冊，會簽手冊是對各專業(yè)提供的圖紙中要復(fù)核的數(shù)據(jù)以集中且易于使用的方式進行整理，便于快速核實。

（4）會簽圖生成。能根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成會簽專用圖，會簽專用圖是集中且直觀呈現(xiàn)會簽過程中要復(fù)核的數(shù)據(jù)，便于快速比對核實。

（5）會簽數(shù)據(jù)檢查。對提供的車站區(qū)間接口表的里程坐標(biāo)相符性自動化檢查、對提供的聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房表里程坐標(biāo)相符性的自動化檢查、批量轉(zhuǎn)換里程與坐標(biāo)。

（6）會簽數(shù)據(jù)交互式查詢。待復(fù)核圖紙與生成的線路會簽圖的同屏窗口聯(lián)動式顯示、里程與坐標(biāo)的交互式查詢和圖上注記。

（7）其他會簽輔助。在AutoCAD 中三維中心線生成和三維內(nèi)輪廓面的繪制功能、三維偏移線生成，可以應(yīng)用于BIM 設(shè)計。

1.2 總體框架

會簽支持系統(tǒng)的總體框架按照分層架構(gòu)設(shè)計思想，從邏輯上劃分為數(shù)據(jù)層、模型層、功能層和應(yīng)用層等4 層次，系統(tǒng)的總體框架，如圖1 所示。

圖1 會簽支持系統(tǒng)總體框架

（1）數(shù)據(jù)層負責(zé)數(shù)據(jù)的讀取、導(dǎo)入、存儲和管理，考慮到銜接已有的地鐵線路設(shè)計軟件，數(shù)據(jù)層的輸入數(shù)據(jù)主要來源于地鐵設(shè)計軟件的數(shù)據(jù)成果；

（2）模型層負責(zé)建立核心算法模型，線路中心線線性模型和基于車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)的分段線形模型等；

（3）功能層提供具體的功能服務(wù)，自動成圖、自動制表、快速復(fù)核、自動比對等；

（4）應(yīng)用層提供具體界面，供線路設(shè)計人員調(diào)用功能層的服務(wù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)路線是在計算機圖形學(xué)、計算幾何算法、計算機輔助設(shè)計和線路設(shè)計理論等基礎(chǔ)理論的支撐下，通過研究線路平縱斷面線形設(shè)計模型、會簽專用圖和專用表格自動生成方法、車站區(qū)間接口表和聯(lián)絡(luò)通道表自動復(fù)核方法和線路三維中心線自動生成方法，開發(fā)會簽支持系統(tǒng)并不斷驗證優(yōu)化軟件，實現(xiàn)會簽專用圖（表格）的自動生成、基于會簽專用圖（表格）快速復(fù)核各專業(yè)提交會簽的圖紙，達到提高效率的目的。

2.1 快速建立線路中心線線形模型

線路設(shè)計數(shù)據(jù)文件來源于城軌線路設(shè)計軟件[1]。

（1）線路平面數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包含線路各個交點的X、Y坐標(biāo)，各個交點對應(yīng)的前緩和曲線長度L1、圓曲線半徑R、后緩和曲線長度L2；

（2）斷鏈數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包含各個斷鏈處的前里程樁號Mq、后里程樁號Mh；

（3）縱斷面數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包含各個變坡點的樁號Mbpd、后坡度Sh、后坡長Lh、變坡點對應(yīng)的豎曲線半徑Rsh；

（4）車站數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包含各車站中心里程樁號Mcz，車站名稱Ncz。線路設(shè)計數(shù)據(jù)文件的讀取采用AutoCAD 二次開發(fā)接口編寫程序?qū)崿F(xiàn)。

建立的線路中心線線形模型是包含一條線路的所有平面線元和縱斷面線元并反映線元之間連接關(guān)系的空間線形算法模型，該空間線形算法模型可以用于計算線路中線任意里程對應(yīng)的坐標(biāo)和高程、由指定點坐標(biāo)查詢對應(yīng)里程，圖2為線路中心線線形模型的示意圖。

圖2 城軌線路中心線線形模型示意

2.2 線路會簽專用圖紙表格的自動生成

線路會簽專用圖紙表格（簡稱：圖表）是針對線路會簽業(yè)務(wù)的需要，在城軌線路平面圖的基礎(chǔ)上進行擴展的一種設(shè)計圖紙或表格。

2.2.1 線路會簽專用圖表信息

（1）圖表匯聚了會簽的重要信息包括左右線的分區(qū)信息、平面信息、縱斷面信息、車站信息和聯(lián)絡(luò)通道信息，其中分區(qū)信息包括分區(qū)起終點里程、坐標(biāo)、軌面設(shè)計高程、分區(qū)名和施工方法等；

（2）平面信息包括平面曲線特征樁的里程和坐標(biāo)、平面曲線要素、平面交點坐標(biāo)等；縱斷面信息包括縱斷面變坡點的里程和設(shè)計高程、前坡度、前坡長、后坡度和后坡長等；

（3）車站信息包括：站名、車站中心里程、坐標(biāo)和軌面設(shè)計高程，車站起點和終點的里程、坐標(biāo)和軌面設(shè)計高程，與前一車站的站間距，與后一車站的站間距；

（4）聯(lián)絡(luò)通道信息包括聯(lián)絡(luò)通道中心里程、坐標(biāo)和設(shè)計高程等。線路會簽專用圖表上融合了線路的平面、縱斷面等線路專業(yè)數(shù)據(jù)，更易直觀復(fù)核比對圖紙內(nèi)容。

2.2.2 線路會簽專用圖表自動生成方法

線路會簽專用圖表是基于線路設(shè)計軟件[1]提供的平、縱斷面設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件、車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表、聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房數(shù)據(jù)表等資料進行輸出的，其實現(xiàn)方法為：

灰色關(guān)聯(lián)法是屬于灰色系統(tǒng)理論中的一種動態(tài)分析方法，其基本思想是通過比較各研究對象呈現(xiàn)的空間形態(tài)來判斷它們之間的關(guān)聯(lián)程度?；疑P(guān)聯(lián)法的優(yōu)點是可以通過有限的樣本數(shù)據(jù)推斷出模糊的相互關(guān)系，對數(shù)據(jù)庫的要求不高，計算過程清晰簡捷，也能通過Matlab軟件編程實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析。其計算步驟如下：

（1）讀取線路平、縱和車站數(shù)據(jù)文件建立平縱斷面線形設(shè)計模型；

（2）利用NPOI 開源組件車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表、聯(lián)絡(luò)通道廢水泵房數(shù)據(jù)表；

（3）在線路平縱斷面線形設(shè)計模型的支撐下計算線路中心線直線、緩和曲線和圓曲線等各類線元的控制點的坐標(biāo)，并計算平面要素、縱斷面要素、車站區(qū)間分界里程和坐標(biāo)、車站中心里程和坐標(biāo)等各項參數(shù)；

（4）基于NPOI 開源組件將上一步生成的各項參數(shù)按指定格式輸出到Excel 表格中；

（5）應(yīng)用ObjectARX.NET 編程繪制平面線位、各種會簽要素；

（6）自動沿線路中心線放置圖框、自動布局成標(biāo)準(zhǔn)分幅的圖形并保存為DWG 圖形數(shù)據(jù)庫；

（7）自動將DWG 圖形數(shù)據(jù)庫布局空間的圖紙打印成PDF 文件。

2.3 數(shù)據(jù)表的自動檢驗

車站區(qū)間接口、聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房的數(shù)據(jù)表是線路會簽的重要輸入數(shù)據(jù)。車站、設(shè)備等專業(yè)手動輸入車站區(qū)間分界里程和坐標(biāo)、聯(lián)絡(luò)通道的中心里程和坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，形成車站區(qū)間接口、聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房的數(shù)據(jù)表并互提給線路專業(yè)。因為數(shù)據(jù)繁多、人工失誤等原因?qū)е聰?shù)據(jù)表難免存在錯誤，尤其是里程和坐標(biāo)等數(shù)據(jù)更容易出錯。因此有必要研究車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表、聯(lián)絡(luò)通道數(shù)據(jù)表和廢水泵房數(shù)據(jù)表的自動復(fù)核方法，自動檢查數(shù)據(jù)表中所填數(shù)據(jù)一致性。車站區(qū)間接口、聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房的數(shù)據(jù)表自動檢驗算法流程，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)表自動檢驗算法流程

3 會簽支持系統(tǒng)功能與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)功能面板

圖4 會簽支持系統(tǒng)功能

3.1.1 會簽項目管理

會簽項目是在本地系統(tǒng)建立的文件目錄及數(shù)據(jù)庫文件，用于管理會簽中的線路設(shè)計數(shù)據(jù)、車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)文件及會簽意見等過程。會簽項目是以文件目錄形式組織的，目錄分級遵循會簽項目文件夾—設(shè)計階段文件夾—設(shè)計版本文件夾—數(shù)據(jù)文件的原則，其中設(shè)計階段包括總體設(shè)計、初步設(shè)計、施工設(shè)計等階段。

（1）新建項目。新建會簽項目文件夾、根據(jù)所選的設(shè)計階段名稱建立設(shè)計階段子文件夾、并將新建的項目設(shè)置為當(dāng)前操作項目。

（2）打開項目。通過瀏覽設(shè)計階段文件夾打開會簽項目和設(shè)計階段，并將打開的項目置為當(dāng)前操作項目。

（3）刪除項目。刪除會簽項目文件夾、其子文件夾及各種數(shù)據(jù)文件。

3.1.2 數(shù)據(jù)版本管理

數(shù)據(jù)設(shè)計版本是里程碑式的設(shè)計成果，在同一設(shè)計階段中由于設(shè)計修改導(dǎo)致的線路或其他專業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，需要重新進行會簽，此時需要新建版本，用于直接組織管理會簽過程中的線路設(shè)計數(shù)據(jù)和車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)等文件。

（1）新建版本。在當(dāng)前的設(shè)計階段目錄下新建設(shè)計版本文件夾，并將新建的設(shè)置版本置為當(dāng)前版本。

（2）選擇版本。通過瀏覽設(shè)計版本文件夾，可以通過選擇版本切換設(shè)計階段、切換會簽項目，并將選擇的設(shè)計版本置為當(dāng)前版本。

（3）數(shù)據(jù)文件指定。數(shù)據(jù)版本區(qū)的Iroute、LISP、科寶華、其他4 個按鈕用于為當(dāng)前版本指定線路數(shù)據(jù)文件，并導(dǎo)入到系統(tǒng)中。

3.1.3 會簽手冊生成與會簽意見輸入

（1）生成會簽圖。依據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表，自動進行線位計算，并生成DWG 格式的會簽專用圖，在模型空間生成線位、標(biāo)注、并自動沿線布置圖框，在圖紙空間生成沿線路的各幅圖的布局。

（2）會簽圖打印成PDF 文件。將DWG 格式的圖紙空間中的各幅圖，批量自動打印成PDF 文件。

（3）生成會簽手冊。依據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表，自動進行線位計算，并生成Excel或Word 格式的一系列的會簽專用表格每個車站或區(qū)間生成一張會簽專用表格。

（4）車站區(qū)間分區(qū)瀏覽。在AutoCAD 模型空間中自動縮放視圖到指定的車站或區(qū)間中心位置，以方便動態(tài)查看車站、區(qū)間的圖紙情況。

（5）會簽意見錄入查看。在窗口中動態(tài)錄入會簽意見，并生成Word 格式的會簽意見文件。

3.1.4 會簽檢查與校核

（1）檢查車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表。根據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動生成線路信息模型，通過應(yīng)用線路信息模型的計算功能，自動檢查車站區(qū)間接口數(shù)據(jù)表中里程與坐標(biāo)、高程一致性，若計算所得坐標(biāo)、高程與表格中的坐標(biāo)、高程不一致，則在界面用紅色字標(biāo)識。

（2）檢查聯(lián)絡(luò)通道廢水泵房數(shù)據(jù)表。自動檢查聯(lián)絡(luò)通道廢水泵房數(shù)據(jù)表中里程、坐標(biāo)和高程的一致性。

（3）平面圖校核。在AutoCAD 界面中分別打開待會簽的平面圖和會簽專用圖兩個圖形文檔，程序自動平鋪顯示兩文檔的模型空間，其中一文檔的模型空間視點變化，另一文檔的模型空間視點響應(yīng)其變化進行自動縮放，實現(xiàn)聯(lián)動檢查平面圖。

（4）左（右）線縱斷面校核。在例響應(yīng)其變化進行自動縮放，實現(xiàn)聯(lián)動對比檢查。AutoCAD 界面中分別打開待會簽的左（右）線縱斷面圖和會簽專用圖兩個圖形文檔，程序自動平鋪顯示兩文檔的模型空間，其中一文檔的模型空間視點變化，另一文檔的模型空間視點按設(shè)定的尺寸比

3.1.5 會簽輔助功能

（1）中心線建模。在AutoCAD 模型空間中動態(tài)創(chuàng)建三維的左、右線的線路中心線（以密集的三維多段線形式繪制）。

（2）偏移線建模。根據(jù)設(shè)置的偏移距離，在AutoCAD 模型空間中動態(tài)創(chuàng)建三維的左、右線線路中心線的偏移線，以密集的三維多段線形式繪制。

（3）里程、坐標(biāo)交互式轉(zhuǎn)換。通過在Auto CAD 模型空間中拾取點、拾取坐標(biāo)文本等方式獲取點坐標(biāo)，將點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成里程；通過在AutoCAD 模型空間中拾取里程點、拾取里程文本等方式獲取線路里程，將里程自動轉(zhuǎn)換成線路空間坐標(biāo)。

（4）逐樁里程坐標(biāo)表的轉(zhuǎn)換。通過讀取里程序列的Excel 文件，自動獲取批量的里程，將每個里程點轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)，并導(dǎo)出到Excel 文件。

3.2 應(yīng)用流程

會簽支持系統(tǒng)的應(yīng)用流程，如圖5所示。

圖5 會簽支持系統(tǒng)的應(yīng)用流程

（1）進入會簽系統(tǒng)面板；

（2）新建或選擇會簽項目；

（3）選擇數(shù)據(jù)版本并指定版本文件；

（4）選擇會簽方式，自動復(fù)核電子表格、紙質(zhì)圖方式復(fù)核、電子圖方式復(fù)核；

（5）根據(jù)選擇的會簽類型進行自動或人工復(fù)核；

（6）輸入會簽意見并保存；

（7）將會簽意見發(fā)給相關(guān)專業(yè)并提請修改。

3.3 應(yīng)用驗證

系統(tǒng)開發(fā)完成后，在4 個城市軌道交通項目中進行了應(yīng)用驗證。以某城市軌道交通項目的驗證為例，圖6為應(yīng)用會簽支持系統(tǒng)自動生成的會簽專用圖，圖7為車站區(qū)間接口表自動復(fù)核界面截圖（紅色表示計算與原始輸入不一致）。在復(fù)核其他專業(yè)提供給線路專業(yè)的圖紙過程中，采用會簽支持系統(tǒng)之后的復(fù)核效率是傳統(tǒng)方法，依靠查閱線路平面圖、縱斷面圖等方式的復(fù)核效率有了顯著提升。

圖6 應(yīng)用會簽支持系統(tǒng)自動生成的會簽專用圖（部分）

圖7 車站區(qū)間接口表自動復(fù)核界面截圖

4 結(jié)束語

本文針對線路專業(yè)會簽過程中圖紙快速復(fù)核的需求，分析了城軌線路圖紙會簽支持系統(tǒng)的主要功能和總體框架，提出了會簽專用圖和會簽專用表格自動生成方法、車站區(qū)間接口表和聯(lián)絡(luò)通道表自動復(fù)核方法，并基于提出的功能框架和方法，開發(fā)了系統(tǒng)并在某城軌線路的會簽過程中試用驗證，表明軟件提供的自動生成會簽專用圖和會簽專用表格等功能，能顯著提高復(fù)核效率和圖紙質(zhì)量。系統(tǒng)在線路圖中線路元素自動識別、重建線路信息模型等方面還需持續(xù)優(yōu)化，進一步提高基于線路的城軌圖紙智能復(fù)核水平。